热点13　交变电流 --2025年高考物理大二轮复习考前特训（专练）

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1.(2024·江苏扬州市二模)北京市某兴趣小组利用地磁场探究交变电流的规律如图甲所示，线圈在地磁场中匀速转动，转轴OO'沿东西方向水平放置，产生的交变电流i随时间t变化关系图像如图乙所示。已知地磁场方向斜向下，则( )
A.0时刻，线圈在竖直面内
B.T4时刻，线圈在水平面内
C.若仅增加转速，Im变小
D.若仅将转轴沿南北方向水平放置，Im变小
答案 D
解析 0时刻，由乙图可知，感应电流为0，此时穿过线圈的磁通量最大，线圈处于与磁场方向垂直的平面，故A错误；T4时刻，由乙图可知，感应电流最大，此时穿过线圈的磁通量最小，线圈处于与磁场方向平行的平面，故B错误；若仅增加转速，线圈产生的感应电动势最大值增大，则Im变大，故C错误；若仅将转轴沿南北方向水平放置，则地磁场水平分量一直与线圈平面平行，只有地磁场的竖直分量穿过线圈，所以线圈产生的感应电动势最大值变小，则Im变小，故D正确。
2.(2024·内蒙古赤峰市一模)无线充电技术的应用，让手机摆脱了充电线的牵制，手机使用者做到了“随用随拿，随放随充”。无线充电器简化示意图如图所示，其主要部件为发射线圈和接收线圈，工作原理与理想变压器相同，忽略线圈的内阻。已知某款手机的无线快充充电器充电功率为10 W，发射线圈与接收线圈的匝数比为10∶1，CD端的输出电流i=22sin 100πt(A)，则下列说法正确的是( )
A.发射线圈中电流的周期为0.01 s
B.发射线圈AB端输入电流的有效值为0.2 A
C.发射线圈AB端的电压的有效值为5 V
D.从AB端向发射线圈输入的功率为1.0 W
答案 B
解析 根据CD端的输出电流为i=22sin 100πt(A)可知，电流的周期为T=2πω=2π100π s=0.02 s，由于理想变压器两端电流周期相同，所以发射线圈中电流的周期也为0.02 s，故A错误；CD端电流的有效值为I2=Im2=2 A，设发射线圈AB端输入电流的有效值为I1，根据理想变压器原、副线圈的电流与匝数的关系，有I1I2=n2n1=110，解得I1=0.2 A，故B正确；由于充电功率为10 W，可得发射线圈AB端的电压的有效值为U1=PI1=50 V，故C错误；由于理想变压器输入功率等于输出功率，所以从AB端向发射线圈输入的功率也为10 W，故D错误。
3.(2022·重庆卷·3)低压卤素灯在家庭电路中使用时需要变压器降压。若将“12 V 50 W”的交流卤素灯直接通过变压器(视为理想变压器)接入电压为220 V的交流电后能正常工作，则( )
A.卤素灯两端的电压有效值为62 V
B.变压器原、副线圈的匝数比为55∶3
C.流过卤素灯的电流为0.24 A
D.卤素灯的电阻为968 Ω
答案 B
解析 卤素灯上标记的额定电压为12 V，即为卤素灯两端的电压有效值，A错误；根据理想变压器的原理可知n1n2=U1U2=22012=553，B正确；流过卤素灯的电流为I=PU=50W12V=256 A，C错误；卤素灯是非线性元件，电阻随着电压不同而改变，D错误。
4.(2024·湖北卷·5)在如图所示电路中接入正弦交流电，灯泡L1的电阻是灯泡L2的2倍。假设两个二极管正向电阻为0、反向电阻无穷大。闭合开关S，灯泡L1、L2的电功率之比P1∶P2为( )
A.2∶1B.1∶1C.1∶2D.1∶4
答案 C
解析 两个二极管正向电阻为0、反向电阻无穷大，二极管导通则短路并联的灯泡，此时另一个灯泡与电源串联，根据电路图可知在一个完整的周期内，两个灯泡有电流通过的时间相等，都为半个周期，电压有效值相等，则根据P=U2R，可知P1∶P2=RL2∶RL1=1∶2，故选C。
5.(多选)(2024·广东佛山市二模)小明同学用漆包线和铁钉绕制了一个如图所示简易变压器，初级线圈匝数n1=400匝，接入正弦交流电u=82sin 100πt(V)。次级线圈匝数n2=100匝，其两端并接着两只极性相反发光二极管LED(单向导电)，此LED两端电压超过2.1 V就会导通被点亮。忽略铁钉漏磁，下列说法正确的是( )
A.图中电压表示数为8 V
B.两只LED都不能被点亮
C.每只LED闪光频率为50 Hz
D.LED两端电压峰值为2 V
答案 AC
解析 图中电压表示数为正弦交流电压有效值，即U1=U1m2=8 V，依题意，忽略铁钉漏磁，看作理想变压器，有U1mU2m=n1n2，解得U2m=22 V>2.1 V，则两只LED都能被点亮，故A正确，B、D错误；正弦交流电的频率为f=ω2π=50 Hz，可知每只LED闪光频率也是50 Hz，故C正确。
6.(2024·海南海口市一模)如图所示，总电阻为R的金属直角线框abcd放置在磁感应强度为B的匀强磁场中，a、d两点连线与磁场垂直，ab、cd长均为l，bc长为2l，定值电阻阻值也为R，线框绕ad连线以角速度ω匀速转动。t=0时刻线框所在平面与磁场垂直，则( )
A.t=0时刻穿过线框磁通量的变化率最大
B.t=0时刻bc边所受安培力大小为2B2l3ωR
C.a、d两点间电压变化规律为u=2Bl2ωsin ωt
D.线框转一圈过程中外力对线框做功为2πB2l4ωR
答案 D
解析 t=0时刻，bc边运动方向与磁场方向平行，感应电动势为零，穿过线框磁通量的变化率为零，电路中没有感应电流，bc边所受安培力为零，故A、B错误；依题意，感应电动势的最大值为Em=NBSω=2Bl2ω，a、d两点间的电压的最大值为Um=RR+REm=Bl2ω，则a、d两点间电压变化规律为u=Umsin ωt=Bl2ωsin ωt，故C错误；感应电动势的有效值为E=Em2=2Bl2ω，线框转一圈过程中外力对线框做功为W=Q=E2R+R·2πω=2πB2l4ωR，故D正确。
7.(2020·浙江7月选考·11)如图所示，某小型水电站发电机的输出功率P=100 kW，发电机的电压U1=250 V，经变压器升压后向远处输电，输电线总电阻R线=8 Ω，在用户端用降压变压器把电压降为U4=220 V。已知输电线上损失的功率P线=5 kW，假设两个变压器均是理想变压器，下列说法正确的是( )
A.发电机输出的电流I1=40 A
B.输电线上的电流I线=625 A
C.降压变压器的匝数比n3∶n4=190∶11
D.用户得到的电流I4=455 A
答案 C
解析 发电机输出电流I1=PU1=100×103250 A=400 A，故A错误；输电线上损失的功率P线=I线2R线=5 kW，所以I线=P线R线=25 A，故B错误；用户得到的功率P4=P-P线=(100-5) kW=95 kW，则I4=P4U4=95×103220 A=4 75011 A≈432 A，即用户得到的电流为432 A，故n3n4=I4I线=19011，故C正确，D错误。
8.(2023·山东卷·7)某节能储能输电网络如图所示，发电机的输出电压U1= 250 V，输出功率500 kW。降压变压器的匝数比n3∶n4= 50∶1，输电线总电阻R=62.5 Ω。其余线路电阻不计，用户端电压U4=220 V，功率88 kW，所有变压器均为理想变压器。下列说法正确的是( )
A.发电机的输出电流为368 A
B.输电线上损失的功率为4.8 kW
C.输送给储能站的功率为408 kW
D.升压变压器的匝数比n1∶n2=1∶44
答案 C
解析 由题知，发电机的输出电压U1=250 V，输出功率P1=500 kW，则有I1=P1U1=2×103 A，A错误；由题知，用户端电压U4=220 V，功率P4=88 kW，则有U3U4=I4I3=n3n4，P4=U4I4，解得I4=400 A，I3=8 A，U3=11 000 V，则输电线上损失的功率为ΔP=I32R=4 kW，且U2=U3+I3R=11 500 V，再根据U1U2=n1n2，解得n1n2=146，B、D错误；根据P1=U2I3+P5，代入数据得P5=408 kW，C正确。
9.(2024·山东济南市历城第二中学一模)在图甲所示的交流电路中，理想变压器原、副线圈的匝数比为2∶1，电阻R1=R2=4 Ω，R3为滑动变阻器。电源电压u随时间t按正弦规律变化(如图乙所示)，则下列说法正确的是( )
A.滑片P向下移动时，电流表示数增大
B.滑片P向上移动时，电阻R3的电流增大
C.当R3=4 Ω时，电流表的示数为2 A
D.当R3=4 Ω时，电源的输出功率为32 W
答案 C
解析 等效电路如图所示
当滑片P向下移动时，导致滑动变阻器阻值减小，则等效电阻阻值减小，等效电阻分压减小，根据变压器原理可知，副线圈两端电压减小，即电阻R2两端电压减小，根据欧姆定律可知，电流表示数减小，故A错误；将R1等效为电源内阻，滑片P向上移动时，电阻R3增大，根据“串反并同”可知，流过电阻R3的电流减小，故B错误；等效电阻阻值为R等=(n1n2)2R2R3R2+R3=8 Ω，电源电压有效值为U=24 V，因此原线圈两端电压有效值为U原=R等R1+R等U=16 V，根据理想变压器原理可知，副线圈两端电压有效值为U副=n2n1U原=8 V，因此电流表示数I2=U副R2=2 A，故C正确；当R3=4 Ω时，电源的输出功率P=U2R1+R等=48 W，故D错误。